Клеточный выпрямитель: Полуживая микросхема
Чего только не умеют делать в современных лабораториях с живой клеткой. Из них собирают — пока совсем несложные — вычислительные устройства («Молекулярные крестики, молекулярные нолики»), а выделив ДНК, создают из них изысканные и полезные структуры («Ларчик с ключиком»). Но все эти работы охватывают отдельные клетки и их компоненты. Оксфордский химик Хэган Бэйли (Hagan Bayley) и его группа интересуются немного другим. Им интересно взять сразу несколько живых клеток, или хотя бы их искусственных аналогов, и научиться собирать из них, как из конструктора, целые «ткани», работающие так, как того требуются ученым. И первые шаги к этому уже сделаны.
Искусственные «протоклетки», которые используют Бэйли и его коллеги, на живые клетки похожи мало. У них нет ни генома, ни белков — по сути, они представляют собой лишь каркас, сферические мембраны, заполненные жидкостью. Но по своим свойствам этот каркас действительно схож с клетками живых организмов. Мембрана его представляет собой двойной липидный слой, молекулы которого развернуты внутрь, друг к другу, своими гидрофобными («водоотталкивающими») хвостами, а гидрофильными («водолюбивыми») головами — наружу.
Изнутри сама мембрана оказывается гидрофобной, а снаружи, в местах контакта с водной средой внутри и вне клетки — гидрофильной. Это важнейшее свойство клеточных мембран всех живых организмов, от бактерий до нас с вами. И оно же повторено в «протоклетках», которые используют в группе Бэйли для своих экспериментов.
В частности, ученые показали, что если такие «протоклетки» соединить вместе, их мембраны частично сливаются, по выражению Хэгана Бэйли, «на манер жидкого "Лего"". Итак, ученые легко сумели составлять из "протоклеток" структуры.
Но чтобы превратить их в функционирующие электронные устройства, требуется нечто большее — а именно, каналы, через которые будет течь электрический заряд. Для этого ученые «проделали» в мембранах поры, используя бактериальный токсин, который выполняет ту же роль «дырокола» при инфицировании клетки млекопитающего.
Теперь осталось подсоединить к паре из «протоклеток» электроды и подать ток. Поры обладают тем свойством, что пропускают заряженные ионы только в одном направлении — а значит, комбинируя компоненты этого «жидкого "Лего"" можно собрать самые разные микросхемы. Именно так и поступили ученые.
Составив из четырех «протоклеток» квадрат 2х2, они получили прекрасно действующий выпрямитель для преобразования переменного тока в постоянный. «Отдельная "протоклетка" никогда не была бы способна на такое, — радуется Хэган Бэйли, — Целое оказывается больше простой суммы его частей (...) Так же работают и клетки в живой ткани, создавая ее уникальные свойства и функции».
По мнению ученого, такие структуры могут быть идеальными в качестве интерфейса между электронными и живыми компонентами — скажем, при внедрении цифровых имплантатов. Так что особое внимание на них стоит обратить «самому электронному человеку на планете», профессора Кевина Уорвика, героя нашей статьи «Микросхема под кожу».
По публикации NewScientist Tech